CN221254665U - 一种气氛保护钢锭重熔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气氛保护钢锭重熔装置，包括结晶器，还包括强冷非自耗电极、软管、水冷金属罩；所述强冷非自耗电极为中空结构；所述强冷非自耗电极设有冷却液入口和冷却液出口；所述强冷非自耗电极穿过软管；所述软管、水冷金属罩、结晶器由上至下依次设置；所述强冷非自耗电极位于结晶器的上方。本实用新型容易操作，可以提高铸锭的洁净度和质量、降低除尘设备负荷和车间粉尘污染。

Description

一种气氛保护钢锭重熔装置

技术领域

本实用新型属于钢铁冶金领域，具体涉及一种气氛保护钢锭重熔装置。

背景技术

钢锭重熔技术是一种特殊的冶炼工艺，广泛应用于高品质特殊钢的冶炼，通过此技术制备的产品具有洁净度高、组织致密、力学性能优异等特点。

随着钢锭重熔技术的不断发展，目前我国的钢锭重熔炉装备总数已达到数万台。但传统的钢锭重熔炉不具备气氛保护功能，导致铸锭增氢；金属母材在熔渣的高温热辐射和热传导下，表面被大量氧化，进而导致铸锭活泼元素的烧损和增氧；此外，钢锭重熔炉的结晶器内的液态熔渣在高温下挥发出大量烟尘，增加了除尘设备负荷以及车间的环保压力。因此，实现惰性气体保护、减轻除尘设备负荷、改善车间环保状况是现阶段钢锭重熔炉急需解决的问题，以实现高品质特殊钢的超纯净熔炼和对易氧化元素的含量控制。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种气氛保护钢锭重熔装置，能够实现惰性气体保护，改善车间环境，制备低氢低氧、元素含量均匀的铸锭。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气氛保护钢锭重熔装置，包括结晶器，还包括强冷非自耗电极、软管、水冷金属罩；所述强冷非自耗电极为中空结构；所述强冷非自耗电极设有冷却液入口和冷却液出口；所述强冷非自耗电极穿过软管；所述软管、水冷金属罩、结晶器由上至下依次设置；所述强冷非自耗电极位于结晶器的上方。

作为常识，本实用新型气氛保护钢锭重熔装置具有常规钢锭重熔炉的基础部件以及结构，比如电源、传感器、结晶器、液态渣池、金属熔池、底水箱、电极夹头。

作为优选，所述强冷非自耗电极的内壁设有挡板；所述挡板为竖直结构。冷却液入口和冷却液出口与强冷非自耗电极内部连通，使用冷却液循环降低强冷非自耗电极表面温度，采用挡板，加快冷却液流速，使得强冷非自耗电极表面达到快速冷却效果，从而降低电流经过强冷非自耗电极产生表面和周围高温，延长耐高温软连接的使用寿命。

进一步地，所述软管包括上连接板、下固定板、耐高温软连接；所述耐高温软连接的上端与下端分别与上连接板、下固定板连接；所述上连接板与强冷非自耗电极连接；所述上连接板上设有翻板阀。耐高温软连接为现有产品，与上连接板和下固定板的连接可以通过常规固定件固定连接，也可以使用其他方式连接，只要实现耐高温软连接与上连接板和下固定板连接即可；耐高温软连接展开时的长度大于等于水冷金属罩到上连接板的高度，未生产应用时为收缩状态，位于水冷金属罩的上方，生产应用时，展开耐高温软连接将下固定板与水冷金属罩连接，根据实际情况，下固定板与水冷金属罩的连接可以利用下固定板的台阶结构落在水冷金属罩上、或使用常规固定件固定连接，或使用其他方式连接，只要实现耐高温软连接、水冷金属罩、结晶器三者连通即可；随着强冷非自耗电极的上下移动，耐高温软连接可以自由收缩和展开，使装置内保持气氛保护状态，当装置内压力过高时，保护气体可以顶开翻板阀，保持装置内微正压状态。

作为优选，所述水冷金属罩的上表面设有隔热板；所述隔热板通过连杆机构设于水冷金属罩上；所述强冷非自耗电极穿过隔热板；所述连杆机构的连杆的两端分别设于隔热板和水冷金属罩上。隔热板用于阻挡结晶器内的热辐射和大部分烟尘流入耐高温软连接，防止对耐高温软连接造成损坏；隔热板与强冷非自耗电极间隙配合，少量烟尘通过间隙溢出进入耐高温软连接内，通过除尘口将烟尘收集和去除，以降低除尘设备负荷以及车间粉尘污染；连杆机构包括固定轴、活动轴、连杆，固定轴位于水冷金属罩上，活动轴位于隔热板上，连杆的两端分别套在固定轴和活动轴上，当强冷非自耗电极位置偏移，可以通过连杆机构调节隔热板的位置，与强冷非自耗电极位置匹配。

进一步地，所述水冷金属罩的侧壁设有功能开口。如常规的加渣口、加氩口、测氧口、脱氧剂口，装置运行全过程采用氩气保护，根据测氧口测得的含氧量调节氩气流量，当氩气过量时，可以顶开翻板阀溢出，使得装置内保持充满氩气的微正压状态，通过脱氧剂口向装置内加入适量的脱氧剂，进行熔渣脱氧，防止活泼元素氧化烧损、铸锭增氧。

作为优选，所述气氛保护钢锭重熔装置还包括除尘口。优选地，所属除尘口位于水冷金属罩上方，具体为其上表面，具体地，除尘口为“L”型管道，上端与耐高温软连接连通，另一端与除尘设备（现有设备）连接，具体连接方式和除尘方法为常规技术，生产应用时，下固定板与水冷金属罩连接，与隔热板之间有间隙，根据实际情况，下固定板与水冷金属罩的连接可以利用下固定板的台阶结构落在水冷金属罩上、或使用常规固定件固定连接，或使用其他方式连接，只要实现耐高温软连接、水冷金属罩、结晶器三者连通即可；通过除尘口可以将耐高温软连接内的烟尘收集和去除，降低除尘设备负荷以及车间粉尘污染。

本发明的有益效果在于：其一，无需设备停工停产的前提下，通过设置软管进行气氛保护，防止活泼元素氧化、烧损，实现铸锭的活泼元素含量精准控制，减少铸锭中氢、氧含量，尤其是氧含量低于6ppm，铸锭的洁净度和质量大幅提高；其二，强冷非自耗电极采用中空结构，并设置挡水板，使得水流速度显著加快，快速降低强冷非自耗电极表面和周围温度，延长耐高温软连接的使用寿命效果明显，可供使用次数高于300次；其三，隔热板用于隔热和阻挡大量烟尘，少量烟尘通过间隙溢出，结合水冷金属罩上表面的除尘口收集烟尘，可以降低除尘设备负荷和车间粉尘污染。

附图说明

图1是气氛保护钢锭重熔装置使用时的结构示意图；

图2是气氛保护钢锭重熔装置未使用时的结构示意图；

图3是气氛保护钢锭重熔装置的软管结构示意图；

图4是气氛保护钢锭重熔装置的下固定板结构示意图；

图5是气氛保护钢锭重熔装置的隔热板分离状态结构示意图；

图6是气氛保护钢锭重熔装置的隔热板闭合状态结构示意图；

其中：结晶器1、强冷非自耗电极2、软管3、水冷金属罩4、隔热板5、连杆机构6、支臂7、电极夹头8、金属母材9、液态渣池10、金属熔池11、底水箱12、铸锭13、结晶器进水口101、结晶器出水口102、冷却液入口201、冷却液出口202、挡板203、上连接板301、下固定板302、耐高温软连接303、加渣口401、加氩口402、测氧口403、脱氧剂口404、除尘口405、水冷金属罩进水口406、水冷金属罩出水口407、翻板阀3011。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述，涉及的具体部件为现有技术，具体部件上设有常规的安装孔，具体部件之间的连接、使用方法为常规技术。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

实施例一

如图1至6所示：

一种气氛保护钢锭重熔装置，包括结晶器1，还包括强冷非自耗电极2、软管3、水冷金属罩4；强冷非自耗电极为中空结构；强冷非自耗电极设有冷却液入口201和冷却液出口202；强冷非自耗电极穿过软管；软管、水冷金属罩、结晶器由上至下依次设置；强冷非自耗电极位于结晶器的上方。

本实用新型采用的结晶器为现有产品，还设有常规的电源、传感器、支臂7、电极夹头8、金属母材9、液态渣池10、金属熔池11、底水箱12，生产应用时，金属母材焊接在强冷非自耗电极的底部，具体操作方法以及测试方法都为本领域常规方法，一些常规部件本实用新型没有示出，本领域技术人员可以根据本实用新型的技术思路进行常规选择。

强冷非自耗电极的内壁设有挡板203；挡板为竖直结构。使用冷却液循环降低强冷非自耗电极表面温度，采用挡板，加快冷却液流速，使得强冷非自耗电极表面达到快速冷却效果，从而降低电流经过强冷非自耗电极产生的表面和周围高温，延长耐高温软连接的使用寿命。

软管包括上连接板301、下固定板302、耐高温软连接303；耐高温软连接的上端与下端分别与上连接板、下固定板连接；上连接板与强冷非自耗电极连接；上连接板上设有翻板阀3011。耐高温软连接为现有产品，可以根据需要选择，耐高温软连接的长度大于水冷金属罩到上连接板的高度；未生产应用时为收缩状态，位于水冷金属罩的上方，如图2所示；生产应用时，上连接板与强冷非自耗电极焊接，采用常规固定件或其他常规方式将耐高温软连接与上连接板、下固定板连接，只要实现耐高温软连接与上连接板、下固定板连接即可，下固定板利用自身的台阶结构落在水冷金属罩上，耐高温软连接、水冷金属罩、结晶器三者连通，如图1所示；随着强冷非自耗电极的上下移动，对耐高温软连接进行收缩与展开，当装置内压力过高时，保护气体可以顶开翻板阀，保持装置内微正压状态。

水冷金属罩的上表面设有隔热板5；隔热板通过连杆机构6设于水冷金属罩上；连杆机构的连杆的两端分别设于隔热板和水冷金属罩上；强冷非自耗电极穿过隔热板。隔热板为拼接式环形结构的石棉隔热板，与强冷非自耗电极间隙配合，金属母材下移放置在结晶器内时，可以分离石棉隔热板，使金属母材穿过，石棉隔热板用于阻挡结晶器内的热辐射和烟尘流入耐高温软连接，防止对耐高温软连接造成损坏，少量烟尘通过间隙溢出进入耐高温软连接内，通过除尘口将烟尘收集和去除，以降低除尘设备负荷以及车间粉尘污染，连杆机构包括固定轴、活动轴、连杆，固定轴位于水冷金属罩上，活动轴位于隔热板上，连杆的两端分别套在固定轴和活动轴上，通过连杆机构调节隔热板中心孔的位置，以与强冷非自耗电极的位置匹配。

水冷金属罩的侧壁设有功能开口。如常规的加渣口401、加氩口402、测氧口403、脱氧剂口404，装置运行全过程采用氩气保护，根据测氧口测得的含氧量调节氩气流量，当氩气过量时，可以顶开翻板阀溢出，使得装置内保持充满氩气的微正压状态，通过脱氧剂口向装置内加入适量的脱氧剂，进行熔渣脱氧，防止活泼元素氧化烧损、铸锭增氧。

本实用新型还包括除尘口405。除尘口位于水冷金属罩的上表面，除尘口为“L”型管道，上端与耐高温软连接连通，另一端与除尘设备（现有设备）连接，具体连接方式和除尘方法为常规技术，生产应用时，下固定板利用自身的台阶结构落在水冷金属罩上，与水冷金属罩连接，下固定板与隔热板之间有间隙，结晶器内的少量烟尘通过隔热板与强冷非自耗电极的间隙溢出进入耐高温软连接，通过除尘口可以将耐高温软连接内的烟尘收集和去除，降低除尘设备负荷以及车间粉尘污染。

本实用新型的气氛保护钢锭重熔装置的具体使用方法是：

（1）将水冷金属罩放置在结晶器上、电极夹头夹住焊接金属母材的强冷非自耗电极，耐高温软连接位于水冷金属罩上方，为收缩状态，分离隔热板，调节支臂高度，金属母材、强冷非自耗电极穿过隔热板，金属母材放置在结晶器内，复原隔热板、展开耐高温软连接，将下固定板放置在水冷金属罩上，耐高温软连接、水冷金属罩、结晶器三者连通；

（2）依次向强冷非自耗电极、水冷金属罩、结晶器内通冷却液，冷却液一般为水，通过加氩口向装置内充氩气、加渣口向结晶器内加预熔渣，此时金属母材位于预熔渣内，闭合电源开关；

（3）预熔渣熔化形成液态渣池，金属母材在液态渣池的电阻焦耳热下熔化呈熔滴，熔滴穿过液态渣池汇集形成金属熔池，并在结晶器的冷却下形成铸锭；

（4）实行（3）过程中，少量烟尘通过强冷非自耗电极与石棉隔热板之间的间隙溢出进入耐高温软连接，下固定板与石棉隔热板之间有间隙，除尘口与耐高温软连接连通，通过除尘口收集和去除烟尘，根据测氧口测得的含氧量调节氩气流量，当氩气过量时，顶开翻板阀溢出，当金属母材氧含量过高时，通过脱氧剂口向装置内加入适量的脱氧剂。

应用实验

钢锭重熔炉的结晶器高3m、内径0.6m，隔热板的内孔径为0.3m，金属母材为直径0.45m、长4m的GCr15轴承钢连铸坯，预熔渣的成分为萤石：石灰的质量比=80：20，总质量为120kg，重熔过程中钢液凝固速率控制在420公斤/小时，其余为炼钢领域常规技术。

采用实施例一的装置制备铸锭。

将水冷金属罩放置在结晶器上、电极夹头夹住焊接金属母材的强冷非自耗电极，分离隔热板，调节支臂高度，金属母材、强冷非自耗电极穿过隔热板，金属母材放置在结晶器内，复原隔热板、展开耐高温软连接，将下固定板放置于水冷金属罩上；依次向强冷非自耗电极、水冷金属罩、结晶器内通冷却液，通过加氩口向装置内充氩气、加渣口向结晶器内加预熔渣，此时金属母材位于预熔渣内，闭合电源开关；预熔渣熔化形成液态渣池，金属母材在液态渣池的电阻焦耳热下熔化呈熔滴，熔滴穿过液态渣池汇集形成金属熔池，并在结晶器的冷却下形成5t铸锭。

将制备的5t铸锭进行常规锻造和热处理，得到钢中氧含量为0.0006%、氢含量小于0.0001%，钢中含有的A、B、C、D四类非金属夹杂物如表1所示。利用本实用新型制备的铸锭具有良好的质量，强冷非自耗电极表面和周围温度较低，耐高温软连接耐用，可供使用次数高于300次，车间粉尘污染情况明显改善，除尘设备收集粉尘平均100g/炉。

表1 钢中含有的A、B、C、D四类非金属夹杂物

对比例一

采用现有钢锭重熔炉，根据现有方法，制备得到5t铸锭。

将制备的5t铸锭进行常规锻造和热处理，得到钢中氧含量为0.0025%、氢含量为0.0007%，钢中含有的A、B、C、D四类非金属夹杂物如表2所示。铸锭质量远不如于实施例一。

表2 钢中含有的A、B、C、D四类非金属夹杂物

对比例二

将实施例一的强冷非自耗电极换为实心非自耗电极，其余不变。

参考上述制备方法，得到5t铸锭。

将制备的5t铸锭进行常规锻造和热处理，得到的各项数据与实施例一近似，但实心非自耗电极表面和周围高热，导致耐高温软连接可供使用次数减少，仅为10次，更换频率高，影响生产速度，增加了生产成本。

对比例三

省略实施例一的隔热板，其余不变。

参考上述制备方法，耐高温软连接在第一次钢锭重熔进行到一半时破损报废，实验终止。

对比例四

将实施例一的除尘口位置调整于水冷金属罩的侧壁，在水冷金属罩的上表面下方，其余不变。

参考上述制备方法，得到5t铸锭。

将制备的5t铸锭进行常规锻造和热处理，得到钢中氧含量为0.0009%、氢含量小于0.0001%，钢中含有的A、B、C、D四类非金属夹杂物如表3所示。大量氩气通过除尘口被抽走，结晶器内氩气气氛效果变差，铸锭质量不如实施例一，车间粉尘污染严重、除尘设备负荷大，除尘设备收集粉尘平均800g/炉。

表3 钢中含有的A、B、C、D四类非金属夹杂物

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本发明创造，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气氛保护钢锭重熔装置，包括结晶器，其特征在于：还包括强冷非自耗电极、软管、水冷金属罩；所述强冷非自耗电极为中空结构；所述强冷非自耗电极设有冷却液入口和冷却液出口；所述强冷非自耗电极穿过软管；所述软管、水冷金属罩、结晶器由上至下依次设置；所述强冷非自耗电极位于结晶器的上方。

2.根据权利要求1所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述强冷非自耗电极的内壁设有挡板；所述挡板为竖直结构。

3.根据权利要求1所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述软管包括上连接板、下固定板、耐高温软连接；所述耐高温软连接的上端与下端分别与上连接板、下固定板连接。

4.根据权利要求3所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述上连接板与强冷非自耗电极连接；所述上连接板上设有翻板阀。

5.根据权利要求1所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述水冷金属罩的上表面设有隔热板。

6.根据权利要求5所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述隔热板通过连杆机构设于水冷金属罩上。

7.根据权利要求6所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述强冷非自耗电极穿过隔热板；所述连杆机构的连杆的两端分别设于隔热板和水冷金属罩上。

8.根据权利要求1所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述水冷金属罩的侧壁设有功能开口。

9.根据权利要求1所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述气氛保护钢锭重熔装置还包括除尘口。

10.根据权利要求9所述的气氛保护钢锭重熔装置，其特征在于：所述除尘口位于水冷金属罩上方。